《氢燃料电池安全指南》(2019版)燃料电池堆及系统安全
标准解读‖《燃料电池堆及系统基本性能试验方法》
标准解读‖《燃料电池堆及系统基本性能试验方法》2021年6月11日，中国汽车工程学会正式发布《燃料电池堆及系统基本性能试验方法》（T/CSAE 183－2021）团体标准。
该标准以燃料电池系统为试验对象，规定了燃料电池系统额定功率、燃料电池系统质量功率密度、燃料电池堆体积功率密度、燃料电池系统低温冷起动性能等关键性能指标的定义和试验方法，形成了统一的、达成广泛共识的定义和试验方法，对引导和规范车用燃料电池产业健康、可持续发展具有重要意义。
标准起草单位:中国汽车技术研究中心有限公司、上海捷氢科技有限公司、中汽研汽车检验中心（天津）有限公司、中国科学院大连化学物理研究所、同济大学、上海重塑能源科技有限公司、北京亿华通科技有限公司、潍柴动力股份有限公司、上海神力科技有限公司、丰田汽车（中国）投资有限公司、襄阳达安汽车检测中心有限公司、上海机动车检测认证技术研究中心有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、中国第一汽车集团有限公司、北汽福田汽车股份有限公司、深圳市雄韬电源科技股份有限公司、安徽明天氢能科技股份有限公司、北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司、未势能源科技有限公司、北京氢璞创能科技有限公司、上海骥翀氢能科技有限公司、厦门金龙联合汽车工业有限公司、广州汽车集团股份有限公司、现代汽车（中国）投资有限公司。
主要起草人：郝冬、王晓兵、陈沛、马明辉、张妍懿、杨子荣、侯明、侯永平、张晓丹、刘然、潘凤文、周斌、许诺、钟兵、裴冯来、王锐、盛夏、王超、赵坤、高鹏然、张林松、张少鹏、田俊龙、朱俊娥、梁栋、杨福清、郭温文、朴勋哲、魏青龙、朴世文、吴东来、韩硕、杜超、徐云飞。
标准解读本标准以燃料电池系统为试验对象，主要规定了燃料电池系统额定功率、燃料电池系统质量功率密度、燃料电池堆体积功率密度、燃料电池系统低温冷起动性能四项关键性能指标的定义和试验方法。
▪燃料电池系统额定功率燃料电池系统额定功率为制造厂规定的燃料电池系统在特定工况条件下能够持续工作的净输出功率。
氢燃料电池技术手册
氢燃料电池技术手册氢燃料电池技术是一种相对新型的能源技术，利用氢气和氧气的反应来产生电能，成为空气水和电能。
相比传统燃料，氢燃料电池没有污染排放，并且能够以高效的方式充电和供电。
因此，氢燃料电池技术被广泛认为是未来清洁能源的重要组成部分。
本手册将介绍关于氢燃料电池技术的各个方面，包括其结构、原理、应用和未来发展方向。
第一部分：氢燃料电池的结构氢燃料电池通常由以下组件构成：1.正极和负极——这些极是氢燃料电池内部的两极，它们连接到外部电路，并帮助将电能传递到荷电设备中。
2.电解质——电解质是氢燃料电池的核心部分。
它允许氢和氧在正负电极之间传递，并促进电子流动，从而产生电能。
3.氢气和氧气输送管道——氢和氧气需要输送到电池中才能为反应提供必要的成分。
4.热管理系统——这个系统有两个重要的功能：第一个是在氢燃料电池反应过程中协助调节温度，以确保组件不会发生故障；第二个是在运作时可回收热能。
第二部分：氢燃料电池的原理氢燃料电池是通过一系列化学反应来产生电能的。
主要反应如下：2H2（氢气）+O2（氧气）= 2H2O（水）+能量在该反应中，氢气通过正极进入燃料电池，同时，氧气从负极进入燃料电池。
在电解质的帮助下，氢气和氧气结合成水，同时放出能量。
这种反应是完全无污染的，它只会产生水和热量。
第三部分：氢燃料电池技术的应用氢燃料电池技术在许多领域中发挥着重要作用，以下是一些例子：1.交通运输——氢燃料电池已经被应用于汽车和卡车，以提供清洁的动力源。
2.能量存储——氢燃料电池可以在储能系统中用作备用电源。
这意味着它们可以存储能源并在必要时向电网提供电力。
3.家庭供电——氢燃料电池已经被用于家庭供电。
这种技术可以使家庭从电网独立，并使用清洁的本地能源。
第四部分：氢燃料电池技术的未来发展氢燃料电池技术在未来有极大的前景。
虽然目前的技术还有许多问题需要解决，比如生产氢气的高昂成本和稳定性，但是随着研究的不断深入，这些障碍将很快得到克服。
氢燃料电池产业链质量风险防范与处理
氢燃料电池产业链质量风险防范与处理氢燃料电池是当今绿色能源领域备受关注的技术之一，其作为一种清洁能源，在减少对环境污染、降低碳排放方面具有重要意义。
然而，随着氢燃料电池产业链的不断发展壮大，其中的质量风险问题也愈发突显。
对于氢燃料电池产业链的质量风险，必须进行科学有效的防范与处理，以保障产业链的持续健康发展。
一、氢燃料电池产业链及其发展现状氢燃料电池产业链是涉及从氢气产生到转化为电能输出的全过程，包括氢气生产、储存、运输、燃料电池制造等环节。
目前，全球氢燃料电池产业链已经初具雏形，但整体发展相对较为缓慢，尚未形成完整的产业生态系统。
在我国，氢燃料电池产业链也正处于起步阶段，尽管相关部门加大了对氢能源产业链的扶持力度，但仍存在着一系列质量风险问题亟待解决。
二、氢燃料电池产业链质量风险主要表现1.技术水平不达标。
氢燃料电池技术具有高度复杂性，需要多学科知识的综合运用。
在一些电池制造企业中，由于技术水平不达标，导致产品在稳定性、寿命等方面存在较大隐患。
2.原材料质量不稳定。
氢燃料电池的制造需要大量的原材料，而部分原料质量参差不齐，可能影响最终产品的性能表现。
3.安全隐患存在。
氢气是一种易燃易爆的气体，如果在储存、运输、使用过程中发生泄漏等意外情况，将引发严重的安全风险。
4.监管不力。
在氢燃料电池产业链中，监管机构的监管力度不足，存在一定程度的监管盲区，导致某些不法企业以次充好，滋生了一些质量风险。
5.市场乱象。
在氢燃料电池产业链发展初期，一些企业为了获利而采取不合理竞争手段，导致市场乱象丛生，影响了整个产业链的稳定性和健康发展。
三、氢燃料电池产业链质量风险的防范与处理措施1.加强技术创新。
推动氢燃料电池技术的不断创新，提高整个产业链的技术水平，从根本上降低产品的质量风险。
2.建立健全质量管理体系。
各相关企业应建立完善的质量管理体系，严格按照国家标准和行业规范进行生产，确保产品质量稳定。
3.加强原材料采购管理。
受限空间内燃料电池汽车氢泄漏安全保障研究
受限空间内燃料电池汽车氢泄漏安全保障研究欧阳云瀚裴冯来李海洋(上海机动车检测认证技术研究中心有限公司,上海201805)摘要:燃料电池汽车作为一种新能源汽车,可以实现零污染排放,是未来新能源汽车的主要发展方向之一㊂由于氢气具有易燃㊁易爆的化学性质,在燃料电池汽车的商业化进程中,氢泄漏安全问题也必须得到重视㊂围绕受限空间内燃料电池汽车氢泄漏这一主题,结合实际应用场景,将氢泄漏安全保障问题拆解为燃料电池车辆㊁场景设置及应对氢泄漏措施3个方面的约束,系统探讨了燃料电池汽车在受限空间内的氢泄漏安全保障问题㊂该研究有助于受限空间内燃料电池汽车氢泄漏安全问题的解决,并可为燃料电池汽车运行安全相关标准的制订提供参考㊂关键词:燃料电池汽车;氢泄漏;受限空间;安全保障0前言燃料电池汽车因其零污染排放㊁续航里程长㊁燃料加注时间短等优点受到广泛的关注㊂目前,燃料电池汽车的发展主要受到成本与使用寿命等因素的限制[1]㊂对于燃料电池汽车总体成本较高的问题,随着质子交换膜燃料电池(P E M F C)在制备过程中铂金搭载量不断降低,燃料电池汽车的成本问题正在得到控制㊂随着燃料电池堆设计制造技术水平的提高和P E M F C的运行控制策略的优化,P E M F C的使用寿命得到了大幅改善,燃料电池堆的使用寿命也得到了大幅提升[2]㊂除了成本与使用寿命问题,氢安全问题也是限制燃料电池汽车发展的重要因素之一㊂由于氢气本身具有易燃㊁易爆㊁易扩散的特性,极易在制氢㊁存储㊁运输㊁加氢等过程中发生燃烧㊁爆炸,产生超高压破坏建筑,造成人员窒息等安全事故[3-4]㊂因此,保障氢安全问题是燃料电池汽车大规模普及和推广运营的基础㊂目前,关于氢安全问题的科研主要集中在氢气的扩散与泄漏特性㊁燃烧与爆炸㊁产生超高压现象的分析等[5]㊂这些研究多以某一固定场景为前提,展开试验或模拟仿真,对氢气的某一具体特性展开深入的建模分析㊂但是,针对实际应用场景(包括车辆自身㊁停放环境㊁人机配置等)的氢泄漏安全保障综合分析却未有涉及㊂本文基于国内外相关法规㊁技术标准与文献研究,对受限空间内的燃料电池汽车氢泄漏安全保障问题进行系统梳理,为保障燃料电池汽车在受限空间内停放的氢泄漏安全问题提供一定的指导建议㊂1技术标准与研究现状1.1相关技术标准目前,涉及氢泄漏的相关法规标准较多,由于本文着重考虑停放在受限空间内的燃料电池汽车氢泄漏安全问题,故只对相关性较高的氢泄漏法规标准进行梳理与解读㊂在‘示范运行氢燃料电池电动汽车技术规范“(G B/T29123 2012)与‘氢燃料电池电动汽车示范运行配套设施规范“(G B/T29124 2012)中,存在燃料电池汽车停放要求的规定㊂燃料电池汽车的停放要求被划分为长期停放与日常停放2种:①对长期停放的车辆,规定要求将储氢瓶压力释放至最低值,并定期检查;②对日常停放的车辆,规定要求将车辆放在专门设计的停车场或指定地点,并须保证氢燃料系统无故障㊁无泄漏[6-7]㊂上述规定使得目前的燃料电池汽车还无法进入常规的室内停车场㊂氢燃料系统的 无泄漏 要求可以理解为氢气的泄漏程度非常小,但实际上氢燃料系统无法做到真正的 无泄漏 ㊂目前,该规定并未给出具体数值㊂针对氢泄漏数值要求的问题,‘燃料电池电动汽车密闭空间内氢泄漏及氢排放试验方法和安全要求“(T/C S A E123 2019)规定:燃料电池汽车302022 NO.1汽车与新动力在无机械通风的密闭空间(每小时空气体积交换率不大于0.03)内停放8h,车辆周围的氢泄漏体积百分比最大不得超过1%;在有机械通风的密闭空间(每小时空气体积交换率不大于6.00)内,在任意时刻燃料电池汽车须满足车辆周围的氢泄露体积百分比不得大于1%[8]㊂‘氢燃料电池汽车安全指南“(2019版)同样也提出了对燃料电池车辆停放的要求:加满氢气的燃料电池汽车必须停放在露天场地,并且周围环境通风良好[9]㊂车辆进入室内场地须满足密闭空间的试验要求:在密闭空间的整车试验过程中,必须保证在任意时刻的氢泄漏体积百分比不超过1%㊂此外,该指南规定,在车辆进出密闭空间时,其运行模式必须为纯电动(电池)模式㊂若要满足此条件约束,车辆在进入密闭空间时,车载氢燃料系统需要保持关闭状态㊂但是,以目前的燃料电池汽车发展趋势来看,越来越多的燃料电池汽车以全功率模式运行,即车辆在进出密闭空间时,燃料电池发动机仍处于工作状态,所以不可能只开启纯电动模式进出密闭空间㊂在由联合国世界车辆法规协调论坛(U N/W P.29)负责制订发布的全球统一汽车技术法规‘氢和燃料电池车辆全球技术法规“(G T R13)中,车辆在进出密闭空间时,氢燃料系统允许处于工作状态[10]㊂考虑到车辆氢燃料系统在运行时,氢气排放量远大于氢燃料系统正常的泄漏量,此规定对车辆在运行过程中的氢气排放量作出限制:车辆在进出密闭空间时,应保证在任意连续3s内的平均氢气排放体积百分比不超过4%,任意1s内的氢气排放体积百分比不超过8%㊂相关氢泄漏安全要求的标准汇总如表1所示㊂1.2研究现状关于氢泄漏的研究,目前国内外研究主要分为2个方向:①研究氢气的泄漏特性,包括高压氢气泄漏的浓度衰退特性研究[11]㊁氢气的扩散与分布状态研究[12]㊁在不同压力与泄漏孔径下的氢泄漏浓度分布与可燃概率经验公式研究[13]㊁在密闭空间内发生氢泄漏不能及时排出造成压力峰值现象研究[14]等㊂此类研究更偏重于分析氢气在不同条件状态下的泄漏特性㊂②研究环境场景设置对氢泄漏的影响,分析不同的场景布置与氢泄漏风险大小的关系㊂具有代表性的研究是李云浩等[15]的研究:长方体车库内发生氢泄漏时的氢浓度分布;可燃性区域内氢气体积分数与车库结构(横梁及其间距)㊁自然通风㊁通风口面积的关系㊂该研究试验结果表明:在无通风状态下,横梁的存在会明显增加车库内的可燃性区域,不利于氢气的扩散;在自然通风状态下,车库内的可燃区域明显降低,证明了通风口的存在对氢气的扩散非常重要㊂但是,上述研究并未给出通风口应如何设置的建议㊂表1燃料电池汽车氢泄漏安全要求相关标准氢安全要求停放要求‘示范运行氢燃料电池电动汽车技术规范“(G B/T291232012)-须停放在专门停车场或指定地点‘氢燃料电池电动汽车示范运行配套设施规范“(G B/T291242012)氢燃料系统无故障且无泄漏 -‘燃料电池电动汽车密闭空间内氢泄漏及氢排放试验方法和安全要求“(T/C S A E123 2019)无机械通风:静止8h,氢泄漏体积百分比不超过1%;有机械通风:任意时刻氢泄漏体积百分比不超过1%-‘氢燃料电池汽车安全指南“(2019版)须满足密闭空间氢泄漏测试:任意时刻的氢泄漏体积百分比不超过1%须停放在通风良好的露天场地,周围无危险源‘氢和燃料电池车辆全球技术法规“(G T R13)任意连续3s内的平均氢气排放体积百分比不超过4%,任意1s内的氢气排放体积百分比不超过8%-H A J J IY等[16]研究了棱柱型住宅车库的屋顶顶角对氢气浓度梯度和分层的影响㊂表2比对了屋顶顶角从180ʎ变化到90ʎ时的氢气摩尔分数变化情况㊂最终的试验结果表明,氢气的摩尔分数分布明显受到车库顶角的影响㊂如图1所示,氢气的分布可以划分为3层:第1层为通风非常强烈的上部区域,表征车库上部区域的氢分层;第2层中间层为通风不太强烈的区域,其厚度较小;第3层为靠近地面的具有较低通风强度的分层㊂在不同地面高度下的氢气摩尔分数数值如表2所示㊂当屋顶顶角为120ʎ时,棱柱腔中的氢气分层在4个典型角度中表现最弱,这意味着棱柱型住宅车库可以选择120ʎ作为最佳屋顶顶角㊂在后续的研究中,H A J J IY等[17]继续研究了通风状态与降低氢泄漏风险的关系㊂除了验证通风口设置高度较高时有助于氢气的扩散排出之外,还对通31汽车与新动力322022 NO.1汽车与新动力风口的位置㊁形式㊁大小和数量展开了研究㊂如图2所示,试验结果表明,在相同的位置㊁相同的通风面积下,不同形状的通风口设置对氢气浓度的分布存在影响㊂简单的几何形状(矩形或正方形)更适用于排出低气体密度的氢气㊂研究结果建议:通风口形状设置为方形为最佳,应避免圆形㊁三角形或其他复杂几何形状㊂此外,研究结果还表明:当通风口置于车库的顶部,并且相对于射流轴线呈对称结构时,可以达到最佳的通风状态㊂具体文献研究结论汇总如表3所示㊂表2 车库内不同地面高度和屋顶顶角下的氢气分布顶角角度/(ʎ)摩尔分数/%高度0.38m 高度1.52m高度3.05m 18031.3432.6033.0115028.2629.7329.7512025.0625.9426.409026.2427.8528.42图1 车库内不同顶角下的氢气分布云图图2 车库内不同形状通风口的氢气分布曲线表3 车库内通风状态研究的代表性文献文献名称研究结论车库内氢气扩散和分布状态的数值模拟[15]建筑结构㊁通风条件是降低氢泄漏风险的关键㊂不建议在屋顶设置横梁D i s pe r s i o n a n d b e h a v i o r of h y d r og e nd u r i n g a le a ki n a p r i s m a t i c c a v i t y[16]对于棱柱型建筑结构,建议选取120ʎ为最佳屋顶顶角,可以达到较好的氢气分布状态N a t u r a l v e n t i l a t i o no fh y-d r o g e nd u r i n g ale a ki na r e s i d e n t i a l g a r a ge [17]通风口建议设置在建筑顶部㊂在有限的布置面积下,通风口应避免设置为复杂形状2 氢泄漏安全保障分析通过上述国内外相关标准与典型文献的研究,发现国内外技术标准主要对车辆进行约束,相关文献集中于研究氢泄漏后的场景条件对氢气扩散的影响㊂具体涉及到车辆氢泄漏程度㊁排放程度的约束,以及场景设置(包含建筑结构与通风条件等)等方面内容㊂如图3所示,为了更全面地对氢泄漏安全保障问题进行梳理,本文结合实际应用对受限空间内的氢泄漏安全保障问题划分为以下3个方面㊂图3 氢泄漏安全保障框架(1)车辆要求:依据车辆运动状态具体分为2种情况㊂车辆在受限空间内静止时,主要对车辆的氢泄漏数值进行约束;车辆进出密闭空间过程中,主要以氢排放数值约束为主㊂(2)场景设置:场景设置包括通风口设置㊁车辆停放周围环境条件的设置及建筑结构约束㊂(3)泄漏措施设置:为了更为系统地保障氢泄漏安全问题,本研究提出氢泄漏后的措施设置要求,分为人员安排和基础设施要求㊂2.1车辆要求对车辆提出要求主要是为了从源头解决氢泄漏危害,具体约束项包含车辆静止停放状态下的氢泄漏数值与车辆运行状态下的氢排放数值㊂在氢泄漏数值要求方面,现有国家标准要求的氢体积分数最大阈值为1%[8,10]㊂考虑到在实际应用过程中氢气探测器布置㊁氢气分布不均匀所造成的测量误差等问题,同时结合‘石油化工可燃和有毒气体检测报警设计标准“(G B/T50493 2019),建议车辆在静止时的氢泄漏数值应控制在氢气可燃极限的下限(即4%)25%以内,即最大允许值为1%㊂具体数值可根据实际情况灵活调整㊂该范围设置要求既不违背现有相关标准,同时又结合实际应用特点,形成较为科学的约束条件㊂目前,在氢排放数值方面还没有明确的国家标准进行约束㊂本研究建议燃料电池汽车首先应完善车辆自身的探测系统,实时监测车辆周围氢浓度分布状态㊂根据探测系统监测到的不同氢体积分数,设置不同的预警级别,并设置相应的整车控制策略,在必要时切断气体供应,发出警报以保障车辆的运行安全㊂本研究在氢排放数值方面暂不作明确约束㊂在车辆进出密闭空间时,本研究建议参考‘氢和燃料电池车辆全球技术法规“(G T R13),对氢排放数值进行约束㊂2.2场景设置对停放场景的设置要求包括通风口设置㊁环境条件设置及建筑结构的约束㊂考虑到燃料电池汽车进入市场较晚,现有的很多车辆停放场所仅适用于停放燃油车与纯电动车,主要建筑结构㊁环境特点已无法作出较大的改变,因此,本研究建议此类停车场所应尽可能选取拥有较好通风条件的位置,划分为专门用于停放燃料电池汽车的区域㊂对具备较大改造能力或可以重新规划的停车场所,本研究建议设置专门的燃料电池汽车停放区域㊂区域内应拥有较好的通风条件,并且通风口位置尽量设置在高处,通风口形状的设置应避免复杂化,多个通风口的设置应具有对称性㊂在环境设置方面,车辆停放区域须避免较大的太阳辐射与较高的环境温度,停放通道应保持通畅,周围远离危险源㊂在建筑结构方面,建筑屋顶须保证平整,避免横梁等障碍物或建筑死角的存在,以确保氢气意外泄漏时不易聚集㊂同时,还应在车辆上方区域按间隔要求布置氢气探测器,并确保仪器的监测能力可以覆盖整个燃料电池汽车的停放区域㊂2.3氢泄漏应对措施燃料电池汽车停放区域必须具备相应的应急设施,并配备相应的应急处理人员,在发生氢泄漏后必须保证能够在第一时间内发现并及时处理㊂氢泄漏应对措施的要求主要分为 人 与 机 2个方面, 人 主要是指人员的要求,包括处理氢泄漏措施的人员安排, 机主要指必备的基础设施要求㊂(1)人员安排㊂人员安排的具体措施须根据氢气的泄漏程度进行分级处理㊂当氢气泄漏轻微扩散但未引起警报时,氢气可通过基础通风口排出㊂当氢气泄漏引起警报,氢气尚处于扩散状态未发生燃烧时,应急处理人员应及时寻找并切断泄漏源,将停车场所内所有人员疏散至上风口㊂当应急设备启动后,应急处理人员应负责对氢泄漏区域进行强通风处理㊂在疏散人群后,应急处理人员可采用对气体加湿稀释的方法,减少爆炸性混合气体的形成㊂当泄漏区域已经出现气体燃烧时,应急处理人员要及时对周围的可燃物浇注冷却水,以避免火势扩散㊂由于氢气在燃烧时不易被察觉,应急处理人员应佩戴呼吸器,穿防静电服装进入现场,并防止外露皮肤被火焰烧伤[8]㊂(2)基础设施㊂本研究建议应急设备须配备有氢气泄漏探测系统㊁联动排气装置㊁气体加湿设备㊁防爆工具等㊂日常存在的部分泄露氢气主要通过通风口排出㊂当氢气大量泄漏的极端情况发生时,探测系统可以检测到信号,并联动应急设备开启强通风模式㊂3结语本文对燃料电池汽车在受限空间内的氢泄漏安全保障这一目标展开了研究㊂在研读现有法规标准与文献研究的基础上,结合实际应用场景建立了氢泄漏安全保障框架㊂氢泄漏安全保障问题共涉及燃料电池汽车㊁场景设置及应对氢泄漏措施3个方面的约束㊂结合本文提出的氢泄漏安全保障框架,给出了如何在受限空间内保障燃料电池汽车氢泄漏的安全建议㊂这些建议既符合现有的法规技术标准与文献研究成果,同时结合了实际应用场景,可为未来燃料电池汽车停放于室内停车场时的氢泄漏安全保障问题提供一定的参考㊂33汽车与新动力34汽车与新动力参考文献[1]刘宗巍,史天泽,郝瀚,等.中国燃料电池汽车发展问题研究[J].汽车技术,2018(1):1-9.[2]王诚,王树博,张剑波,等.车用燃料电池耐久性研究[J].化学进展,2015,27(4):424-435.[3]李雪芳.储氢系统意外氢气泄漏和扩散研究[D].北京:清华大学, 2015.[4]A B O HAM Z E H E,S A L E H I F,S H E I K H O L E S L AM IM,e t a l.R e-v i e wo fh y d r o g e ns a f e t y d u r i n g s t o r a g e,t r a n s m i s s i o n,a n da p p l i c a-t i o n s p r o c e s s e s[J].J o u r n a l o fL o s sP r e v e n t i o n i n t h eP r o c e s s I n d u s-t r i e s,2021,72(3):104569.[5]郑津洋,刘自亮.氢安全研究现状及面临的挑战[J].安全与环境学报,2020,20(1):106-115.[6]中华人民共和国工业和信息化部.示范运行氢燃料电池电动汽车技术规范:G B/T29123 2012[S].北京:中国标准出版社,2012.[7]中华人民共和国工业和信息化部.氢燃料电池电动汽车示范运行配套设施规范:G B/T29124 2012[S].北京:中国标准出版社, 2012.[8]中国汽车工程学会.燃料电池电动汽车密闭空间内氢泄漏及氢排放试验方法和安全要求:T/C S A E123-2019[S].北京:中国标准出版社,2019.[9]中国汽车工业协会中国汽车动力电池产业创新联盟燃料电池分会.氢燃料电池汽车安全指南:2019版[M].北京:工业和信息化部, 2019.[10]H EY,Z H E N GJ.U N g l o b a l t e c h n i c a l r e g u l a t i o n f o r h y d r o g e n f u e lc e l l v e h i c l e s[J].C h i n aS t a nd a r d i z a t i o n,2012,52(2):79-81.[11]S A N G H H,C H A N GD,K I MJ S.R e l e a s e c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h-l yp r e s s u r i z e d h y d r o g e nt h r o u g h as m a l lh o l e[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fH y d r o g e nE n e r g y,2013,38(8):3503-3512.[12]L IY H,Y U A NY U,Z H A N GQ W.N u m e r i c a l s i m u l a t i o n f o r t h eh y d r o g e nd i s p e r s i o n a n d d i s t r i b u t i o n b e h a v i o r s i n t h e g a r a g e c o n t e x t [E B/O L].[2019-01-01].h t t p s://w w w.r e s e a r c h g a t e.n e t/p u b l i c a-t i o n/330771830_N u m e r i c a l_s i m u l a t i o n_o f_d i s p e r s i o n_a n d_d i s t r i b u-t i o n_b e h a v i o r s_o f_h y d r o g e n_l e a k a g e_i n_t h e_g a r a g e_w i t h_a_c r o s s-b e a m.[13]T A K E N O K,O K A B A Y A S H IK,K O U C H IA,e t a l.C o n c e n t r a-t i o n f l u c t u a t i o na n d i g n i t i o nc h a r a c t e r i s t i c sd u r i n g a t m o s p h e r i cd i f-f u s i o no f h y d r o g e n s p o u t e d f r o mh i g h p r e s s u r e s t o r a g e[J].I n t e r n a-t i o n a l J o u r n a l o fH y d r o g e nE n e r g y,2017,42(22):15426-15434.[14]MA K A R O V D,S H E N T S O V V,K U Z N E T S O V M,e ta l.P r e s-s u r e p e a k i n gp h e n o m e n o n:m o d e lv a l i d a t i o na g a i n s tu n i g n i t e dr e-l e a s e a n d j e t f i r e e x p e r i m e n t s[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fH y d r o g e nE n e r g y,2018,43(19):9454-9469.[15]李云浩,喻源,张庆武.车库内氢气扩散和分布状态的数值模拟[J].安全与环境学报,2017,17(5):1884-1889.[16]H A J J IY.D i s p e r s i o na n db e h a v i o ro fh y d r o g e nd u r i n g a l e a k i na p r i s m a t i cc a v i t y[J].I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo f H y d r o g e n E n e r g y, 2014,39(11):6111-6119.[17]H A J J IY.N a t u r a l v e n t i l a t i o no fh y d r o g e nd u r i n g a l e a k i nar e s i-d e n t i a l g a r a g e[J].R e n e w a b l ea n d S u s t a i n a b l e E n e r g y R e v i e w s, 2015,50:810-818.。
国外主要氢能与燃料电池汽车相关标准简析
国外主要氢能与燃料电池汽车相关标准简析■ 王晓兵1，2 张妍懿1 郝 冬1 王仁广1（1.中国汽车技术研究中心有限公司；2.中汽研汽车检验中心（天津）有限公司）摘 要： 燃料电池技术的进步带动燃料电池电动汽车的发展和应用，也促使相关标准的需求。
在国际上UN/WP.29、ISO、IEC、SAE等组织推出了氢气和燃料电池及燃料电池汽车方面的标准。
本文在简单介绍GTR13标准的基础上，详细列出了以上几个主要国际机构制订的氢能和燃料电池相关标准，可供国内燃料电池汽车方面的相关技术人员参考。
同时分析指出我国在相关标准制订方面的不足和需要加强标准制订的工作。
关键词：氢气，燃料电池，标准DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2021.04.033Brief Introduction of Foreign Standards on Hydrogen andFuel Cell VehiclesWANG Xiao-bing1,2 ZHANG Yan-yi1 HAO Dong1 WANG Ren-guang1（1. China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd.;2.CATARC Automotive Test Center (Tinajin) Co., Ltd.）Abstract: The development of fuel cell technology promotes the development and application of fuel cell vehicles, and at the same time demands the requirements for the related standards. Several main organizations such as UN/WP.29, ISO, IEC and SAE have released different standards on hydrogen, fuel cell, fuel cell vehicles. This paper introduced GTR No.13 and interpretted ISO, IEC and SAE standards on hydrogen, fuel cell and fuel cell vehicles, providing references for related personnel. It then put forward some advices on the development of related standards in China.Keywords: hydrogen, fuel cell, standards标准评析目前，国际上有多个组织已经开展燃料电池方面的标准制修订工作，具体如下：（1）由联合国世界车辆法规协调论坛（UN/ W P.29）负责制订发布的全球统一汽车技术法规GTR 13《氢和燃料电池电动汽车全球技术法规》，起到纲领性作用。
氢燃料电池主要风险及应对措施
氢燃料电池主要风险及应对措施一、氢气泄漏风险及应对措施氢气具有较小的分子质量和高渗透性，一旦发生泄漏，可能引发爆炸或火灾。
为了降低氢气泄漏的风险，需要采取以下措施：1. 设计安全密封系统：在氢燃料电池系统的设计中，应该加强密封措施，确保氢气不会泄漏。
2. 定期检查和维护：定期对氢燃料电池系统进行检查和维护，确保系统的密封性能良好，减少泄漏的可能性。
3. 建立报警装置：安装氢气泄漏报警装置，一旦发生泄漏，能够及时发出警报并采取相应的应急措施。
二、氢气储存风险及应对措施氢气的储存是氢燃料电池技术面临的另一个风险。
氢气储存需要克服以下问题：1. 高压氢气储存的风险：由于氢气的低密度，需要将其储存为高压气体。
高压氢气具有一定的爆炸风险，因此需要采取相应的安全措施，如使用合格的储氢罐、设置泄压装置等。
2. 氢气泄漏导致的扩散和积聚：氢气泄漏后，由于其低密度易于扩散，并且容易积聚在密闭空间中。
为了防止氢气积聚导致火灾或爆炸，需要确保储氢设施具备良好的通风系统。
三、维护与安全培训风险及应对措施氢燃料电池技术的维护和操作需要专业知识和技能，不当的维护和操作可能导致事故发生。
为了降低维护与操作风险，可以采取以下措施：1. 建立维护标准和流程：制定维护标准和流程，确保维护人员按照规定进行操作，减少操作错误的可能性。
2. 提供安全培训：对维护和操作人员进行专业的安全培训，提高其对氢燃料电池技术的理解和操作技能。
3. 设立安全警示标识：在氢燃料电池系统的关键部位设置安全警示标识，提醒维护人员注意安全事项。
四、氢气供应链风险及应对措施氢燃料电池技术的发展还面临着氢气供应链的风险。
为了保障氢气供应的安全和可靠，可以采取以下措施：1. 建立监管机制：建立氢气供应链的监管机制，确保供应商遵守相关法规和标准，保证氢气的质量和安全性。
2. 多样化供应渠道：建立多样化的氢气供应渠道，降低供应链的单一依赖，提高供应的灵活性和可靠性。
3. 加强风险评估：定期对供应链进行风险评估，及时发现潜在的风险和问题，并采取相应的预防和应对措施。
新型电力系统下的氢储能研究
0 引言随着经济社会的飞速发展，人类对能源的需求量也在与日俱增。
传统的化石燃料如煤炭、石油等被过度开采使用，引发了一系列的能源危机、环境污染和温室气体排放。
其中，温室气体致使全球气候加速变暖，引发一系列极端天气事件的发生。
针对这些问题，中国政府向世界宣布：中国于2030年前力争实现二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上提出构建新型电力系统，构建新型电力系统正式成为实现“双碳”目标的重要抓手，我国的电力系统形态由三要素“源网荷”发展为“源网荷储”四要素。
国家能源局发布《新型电力系统发展蓝皮书》，要求深度融合长时间尺度新能源资源评估和功率预测、智慧调控、新型储能等技术应用，推动系统友好型“新能源+储能”电站建设（见图1）。
新型电力系统下的氢储能研究刘德民，刘志刚（东方电气集团东方电机有限公司，四川省德阳市 618000）摘 要：在“双碳”目标的指引下，新能源将逐步代替化石能源，而新能源主要为风电和太阳能发电，存在不稳定和间歇性，需要用储能的方式来提高新能源的稳定性。
同时，全球的能源利用一直朝着低碳的方向在发展，从生物质到煤炭、石油、天然气再到氢能，碳氢比一直在减少。
在新型电力系统下，氢储能对比传统电化学储能、热化学储能、热能储能、压缩空气储能、飞轮储能、抽水蓄能储能、超导储能等方面有着超高能量密度的独特优势。
截至目前，美国、德国、日本、中国等多个国家都发布了国家级氢能发展战略，氢储能可以说是终端实现绿色低碳转型的重要载体。
虽然优势明显，但氢储能产业发展形态和发展路径尚需进一步探索。
本文结合国内外储能现状、氢能产业发展情况以及氢能关键技术，探讨氢储能特征优势和关键技术，为氢能产业发展提供价值方向。
关键词：双碳；新型电力系统；储能；氢储能；氢产业中图分类号：TK91 文献标识码：A 学科代码：480.40 DOI：10.3969/j.issn.2096-093X.2024.02.007基金项目：四川省重大专项资金资助项目“变速抽水蓄能成套设备关键技术及核心装备研制”（2022ZDZX0041）。
氢能汽车动力系统运行与维护教学课件：3.3.1氢燃料电池汽车维护保养内容及要求(氢燃料电池)
氢燃料电池汽车的潜在危害
5 维持车辆价值
良好的维护保养记录可以在二手车交易等情况下 提升车辆的价值和吸引力。
6 适应技术发展
随着技术的不断进步，通过保养可以及时更新和 调整车辆系统，以更好地适应新的技术要求和标 准。
氢燃料电池的维护保养包含哪些内容？ 维护保养的要求又是什么？
氢燃料电池汽车维护保养内容及要求
② 对氢气压力调节阀等部件进 行功能检查和校准。 ③ 确保氢气安全监测系统正常 运行。
氢燃料电池汽车维护保养内容及要求
电池及电力系统保养内容和要求
• 检查电池组的健康状态、电压和内阻等。 • 清洁电池组的连接端子，确保良好的电气连接。 • 对电机、电控等电力驱动部件进行常规检查和维护。
氢燃料电池汽车维护保养内容及要求
氢燃料电池汽车的潜在危害
氢
燃 料 电 池 汽
传 统 汽 车
车
与传统汽车相比，氢燃料电池电动汽车具有更高的能效、更低的污染排放和更加 环保的特点。
氢燃料电池汽车保养的必要性
氢燃料电池汽车的潜在危害
1 确保性能稳定
定期保养有助于维持燃料电池系统的正常运行， 保证车辆的动力性能和效率。
2 延长使用寿命
燃料电池系统保养内容和要求
① 定期检查燃料电池堆的完整性、 密封性，确保没有泄漏。 ② 检查燃料电池相关传感器和控制 器的工作状态。 ③ 按照厂家规定的时间间隔更换燃 料电池堆内的一些消耗性部件。
氢燃料电池汽车维护保养内容及要求
氢气系统保养内容和要求 ① 仔细检查氢气储存罐、管道、阀门等的密封性，防止氢气泄漏。
注意
由于氢燃料电池的特殊性，维护人员最好接受过专业 的氢燃料电池汽车的维护培训，熟悉维护保养的各个 安全操作规程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3燃料电池堆及系统安全3.1燃料电池堆安全3.1.1燃料电池堆设计3.1.1.1燃料电池堆分类目前车用的燃料电池主要是质子交换膜燃料电池堆（PEMFC），质子交换膜燃料电池堆根据极板使用的材料不同，分为金属极板燃料电池堆和石墨极板燃料电池堆等。
3.1.1.2燃料电池堆功率燃料电池堆体积比功率决定了后期电堆和系统的组合方式以及电堆的热管理设计。
较小体积比功率电池堆有利于热的扩散，对整体电堆和系统热管理设计有益。
较大体积比功率电池堆有利于系统设计和制造过程简单化和电池堆体积的减小。
不断 升燃料电池堆体积比功率是长期、系统的工作，建议要在确保安全性、可靠性和关键电性能指标的前 下， 升燃料电池堆的比功率和功率。
3.1.1.3燃料电池堆关键材料燃料电池堆使用的材料对工作环境应有耐受性，燃料电池堆的工作环境包括振动、冲击、多变的温湿度、电势以及腐蚀环境；在易发生腐蚀、摩擦的部位应采取必要的防护措施。
（1）质子交换膜质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其主要作用是分隔阳极和阴极，阻止燃料和空气直接混合发生化学反应，并传导质子、阻止电子在膜内传导；质子交换膜的质子传导率越高，膜的内阻越小，燃料电池的效率越高。
质子交换膜材料要具有足够的化学、电化学、热稳定性和一定的机械稳定性，保证燃料电池在工作过程中能够耐受气流冲击、电流冲击和自由基攻击而不发生降解，保证燃料电池内部不会发生气体窗口窜漏、短路等危险。
对于全氟磺酸膜类质子交换膜，要有较好的热稳定性、化学稳定性和良好的机械稳定性，避免其在高温时发生化学降解，防止燃料电池在高温和高电位时出现化学降解导致气体窜漏引发氢氧混合。
气体串漏对燃料电池的安全性有较大影响，要优先选用机械强度高的质子交换膜。
质子交换膜厚度和燃料电池安全性密切相关，燃料电池质子交换膜厚度的选择建议充分考虑由于降低隔膜厚度带来的安全风险。
（2）气体扩散层21/53气体扩散层由支撑层和微孔层两部分组成，其主要作用包括作为燃料气进入催化层之前的缓冲与扩散层；为电子和反应生成的水 供传输通道；作为膜电极的支撑骨架为质子交换膜和催化剂 供物理支撑。
气体扩散层的材料主要有碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布和碳黑纸，其中碳纤维纸由于制造工艺成熟、性能稳定、成本相对较低和适于再加工等优点，成为扩散层的首选。
气体扩散层在生产制造时需要避免存在较长的毛刺，避免在与质子交换膜热压的时候刺破质子交换膜，导致气体串漏引发危险。
（3）膜电极膜电极主要由质子交换膜、气体扩散层和催化层组成。
目前存在三代膜电极制备技术：第一代为GDE、第二代CCM及第三代有序化膜电极。
膜电极是电化学反应主要发生场所， 高膜电极性能能够有效 高燃料电池单电池的性能。
在膜电极的制备过程中，过度压紧碳纸有可能会刺穿质子交换膜，造成阴极和阳极两侧窜气，产生危险。
所以碳纸的热压程度应根据使用质子交换膜的厚度控制在合适的范围内。
伴随着电化学反应的进行，膜电极中质子交换膜逐渐失效，一方面会导致磺酸基团流失，降低质子交换膜的导电性能；另一方面会导致质子交换膜降解，同样会导致阳极侧与阴极侧之间发生窜气，产生危险。
（4）极板燃料电池极板是燃料电池的核心零部件，其主要作用包括单电池之间的连接；在膜电极表面输送氢气和氧气；收集和传导膜电极产生的电流；排出反应产生的热量和水。
目前商业化燃料电池极板材料主要是石墨碳板、复合极板和金属极板三大类。
极板要求高电导率、高导热率和高强度，保证全生命周期燃料电池的安全性。
极板表面的金属粉尘、油含量、达因值等关键指标要有效控制。
对金属极板的表面处理可以有效改善材料的耐腐蚀性和寿命，减少燃料电池在工作中的酸和水汽腐蚀问题。
（5）端板燃料电池端板需要一定的强度和良好的绝缘性。
燃料电池端板一般使用金属、环氧树脂、玻璃纤维板和聚酯纤维板，端板上有集流板负责将电流导出电池，端板上有弹簧和弹簧盖板，通过弹簧和弹簧盖板，将燃料电池堆的紧固力控制在一定范围内。
端板要经过严格的实验设计和优化验证，并进行强度测试，保证振动冲击条件下的可靠性和安全性。
同时燃料电池堆在工作时温度较高，需要保证端板在较高温22/53度下的稳定性、控制形变。
3.1.1.4散热设计燃料电池堆在大功率放电时，电池内部会产生大量的热，导致温度升高，易引起安全问题。
燃料电池堆在结构设计时，要模拟分析电池内部发热量分布、热扩散路径和传递速度，验证优化冷却水流量和温度，保证电堆产生的热量能够及时高效的排出电堆，使电堆的温度控制在合理的范围内。
3.1.1.5密封设计燃料电池堆的密封主要是极板与膜电极之间的活化区域密封，一般采用硅橡胶、氟硅橡胶、三元乙丙橡胶（EPDM）、聚异戊二丁烯（PIB）、氯丁橡胶和丁睛橡胶等高弹体材料。
除此以外还有MEA各层间的密封、接头密封、封装外壳的防水防尘等。
活化区域密封件主要功能是防止气体、冷却水从极板和膜电极的边缘泄漏出去，造成易燃气体泄漏，因此需要在极板和膜电极上设计密封结构，同时需要设计密封胶线。
由于密封胶线在电堆组装应力及较高温度下变形较大，压缩永久形变会变差，在燃料电池运行环境下会缓慢降解，为了在燃料电池堆全生命周期内保证密封的可靠性，需要考虑密封圈的耐温、耐压、耐自由基和F-攻击等特性。
3.1.1.6封装设计燃料电池堆在组装完成后需要进行封装，因为极板和膜电极侧面在未进行封装时是裸露的，当燃料电池堆在向外输出电能时，一旦有导电物体接触极板，就会导致导电物体带电，甚至引起电堆的短路，从而引起人员、设备和电堆的危险。
封装材料必须具有较强绝缘性和高可靠性，保证在燃料电池堆在生命周期内不会脱落或失效。
燃料电池堆应有外壳做必要防护，防止其部件与外部高温部件或环境接触。
燃料电池堆外壳应避免容易对人体产生危害的结构。
封装外型尺寸应设计与电堆和端板空间匹配，要对各个方向尺寸开展公差分析，同时保证封装材料在装配时不被损坏，从而导致极板或膜电极的裸露。
3.1.2燃料电池堆制造环境要求燃料电池堆生产过程温度、湿度环境条件必须确定并得到保证。
一般不允许出现超出温度、湿度极限值的情况，为此应制定适当的应对方案。
燃料电池膜电极（MEA）对水分非常敏感，典型地，在25℃时，膜电极车间的相对湿度应控制在40%±5%。
必须控制燃料电池堆生产过程的粉尘度，需要防止外来的颗粒物渗透到任何生产区域。
23/53生产系统需要防止金属磨损，如果不能防止金属磨损，应采取适当措施保证这些磨损产生的颗粒不进入生产过程。
应对定期检测到的粒子进行常规分析，以确定粒子的数量、大小和组成，特别是在导电性(如金属粒子)方面。
颗粒数量、大小、成分超出规格要求应立即采取纠正措施。
粉尘度应控制在10万级以下，MEA制备、金属板涂层部分关键工序的粉尘度应在1万级以下。
3.1.3燃料电池堆测试3.1.3.1燃料电池堆测试要求燃料电池堆在出厂前需要进行相关的测试，在保证性能的同时保证安全，同时需要对电池堆的外观进行检测，保证电池堆外观没有明显缺损。
3.1.3.2燃料电池堆泄漏测试为确保电池堆的气密性，需要对燃料电池堆进行泄漏测试。
将电池堆的氢气、空气和冷却水端口与泄漏测试机的三个端口相连接。
打开测漏机开始进行泄漏测试，测试电池堆的外部泄漏量（总外漏、空气腔外漏、氢气腔外漏、冷却腔外漏）和内部窜漏量（空到氢窜漏、氢到空窜漏、空到冷窜漏、氢到冷窜漏）。
电池堆中每片单电池外部泄漏量和内部窜漏量分别不得超过相应的规定值，该规定值由测量使用气体的类型、压力以及MEA的面积来确定。
3.1.3.3燃料电池堆绝缘性和耐高压测试使用高压绝缘测试仪对电池堆进行绝缘性测试。
把电池堆放在高压绝缘测试台，短接阴阳极两个集流板的端子。
打开万用表，测量端口端子与阴阳极端子之间的电阻，读数应很高（显示"OL"）。
对电池堆进行耐高压测试，确保金属杆压住所有的绑带，确保电池堆两端短接，高压绝缘测试仪的红色正极线夹到短接线端，黑色负极线接到金属杆，用安全罩盖住电池堆组件，打开电源开始测试。
当计时器结束时，记录绝缘阻值。
3.1.3.4燃料电池堆性能测试燃料电池堆在完成泄漏测试、电绝缘测试和耐高压测试后，确保没有泄露、绝缘和耐高压问题才可以进行燃料电池堆性能测试。
将燃料电池堆放置在燃料电池性能评价测试台上，连接好供气管路、冷却水管路、负载线路、巡检线路，待一切线路连接就绪，开始给电池堆进行加热，待电池堆温度到达指定温度后开始给燃料电池堆进行通气和加载，加载电流根据电池堆的设计有所区别，一般加载至额定工作电流，同时检测燃料电池堆电压情况，单节电压最低不能低于0.3V，避免燃料电24/53池堆中单池电压过低引起反极，将质子交换膜烧穿引起氢空混合，出现安全隐患。
当单节电压低于0.3V时，应及时减小电流输出， 升燃料电池单池最低电压，如果减小电流仍单池电压仍然低于0.3V，应立即停止测试，寻找原因。
3.1.4燃料电池堆安全评价3.1.4.1机械冲击评价燃料电池堆安装固定后，在3个轴向：X向、Y向、Z向上以5.0g的冲击加速度进行冲击试验。
机械冲击脉冲采用半正弦波形、持续时间15ms，每个方向各进行一次。
燃料电池堆冲击测试之后，机械结构应不发生损坏，气密性满足前述3.1.4.2气密性检测要求，绝缘性应满足前述3.1.4.3绝缘性要求。
3.1.4.2振动评价振动测试模拟车辆长时间在复杂路况行驶（如搓板路、颠簸路、起伏路等）。
燃料电池堆长时间振动颠簸后电池堆内部不能出现错位从而发生短路和气体泄漏等安全问题。
实验要对燃料电池堆进行X、Y、Z 三个方向的振动测试，每个方向21h。
要求测试后，电池堆连接可靠、结构完好，最小监控单元电压无锐变，电压差的绝对值不大于0.15V，无泄漏、外壳破裂、爆炸或着火等现象。
燃料电池堆的绝缘性能和气密性性能无明显下降。
振动测试后，燃料电池堆中的零部件无明显位移、扭转和弯曲；零部件的谐振频率与初始值的偏差应小于10%，各个紧固螺丝的剩余紧固力不低于初始值的60%；各个电连接点的电阻与初始值的偏差应小于5%。
3.1.4.3气密性评价燃料电池堆处于冷态，关闭燃料电池堆的氢气排气端口、空气排气端口和冷却液出口，同时向氢气流道、空气流道和冷却液流道通入氮气，压力均设定在正常工作压力，压力稳定后关闭进气阀门，测量气体泄漏量，具体指标应满足3.1.4.2的要求。
3.1.4.4电安全（1）绝缘性能燃料电池堆在加注冷却液而且冷却液处于冷态循环状态下，正负极的对地绝缘性要求分别不应低于100Ω/V。
（2）人员触电防护25/53燃料电池堆人员触电防护要求应符合GB/T 18384.3-2015的相关规定。
应防止人员与B级电压电路的带电部分直接接触，因此燃料电池带电外层需有遮栏或外壳，防止接近带电部分。